基于轮胎侧偏刚度估计的路面附着条件辨识

准确、实时地获取路面附着信息是汽车主动安全控制系统正常工作的前提.路面及其粗糙度、干湿状态对侧偏刚度有很大影响.基于此,文中在车辆稳态转向下进行轮胎侧偏刚度估计,从而进行路面附着条件辨识.首先由二自由度车辆模型得到前后轴的侧向力及侧偏角,并考虑载荷转移得到各个轮胎的垂向力.通过前后轴之间的差值,消去较难得到的质心侧偏角,而后通过递推最小二乘法估计得到归一化的轮胎侧偏刚度,并比较不同路面附着条件下的估计结果.与之前的侧偏刚度估计方法不同,所提出的方法不需要测量或估计质心侧偏角,因此不需要昂贵的额外传感器,并且考虑了载荷转移对侧偏刚度估计的影响.文中最后通过仿真及电控模型车辆道路试验对所提出的算法进行了验证.仿真及试验结果表明:在考虑载荷转移的条件下,文中提出的辨识算法可以进行路面附着条件辨识.     

基于转矩矢量控制分布式电驱动客车操纵性改善方法

基于分布式电驱动系统,设计转矩矢量控制提高分布式驱动电动客车操纵性能。针对大客车转向时的载荷变化大,以及轮胎、悬架、转向系耦合特性强的特点,采用多项式描述前后轴等效侧向力和回正力矩与侧偏角关系,并设计质量估计算法在车轮垂向载荷变化时对侧偏刚度进行修正。考虑车辆非线性特性,定义车辆理想转向特性,并设计不同转角与车速下的直接横摆力矩控制前馈项。为提高控制器鲁棒性,采用抗积分饱和的滑模变结构控制算法设计直接横摆力矩控制反馈项。仿真和试验结果表明,施加操纵性改善控制后,车辆更接近中性转向,蛇行试验峰值转角平均值降低21%以上,操纵性能显著提升。     

汽车质心侧偏角观测器试验验证

提出了一种综合运动学和动力学模型估算车辆质心侧偏角的方法。引入非线性因子表征车辆的非线性状态程度,在此基础上提出了一种简化的非线性轮胎侧向力计算方法,考虑轮胎侧偏刚度补偿,基于单轨模型建立Kalman滤波器实时估计出车辆质心侧偏角。搭建基于轮速传感器、侧向加速度和横摆角速度组合传感器、方向盘转角传感器、MicroAutoBox和GPS系统的试验验证系统,在高附着路面条件下进行蛇形操纵和双移线操纵试验。试验结果表明:所设计的估计算法能在一定程度上反映车辆的实际状态,实时性和估计精度能满足稳定性控制系统的要求。     

基于轮胎侧偏刚度变化率的车辆质心侧偏角融合估计算法

针对车辆在高速紧急避让工况下质心侧偏角难以直接测量的问题,提出一种基于轮胎侧偏刚度变化率的质心侧偏角融合估计算法。在车辆二自由度动力学模型的基础上,提出一种轮胎侧偏刚度估计方法,构建基于改进扩展卡尔曼滤波的质心侧偏角估计算法。根据质心侧偏角和车辆纵向、侧向加速度的关系,构建基于积分法的质心侧偏角估计算法;结合两种估计算法的特点,采用轮胎侧偏刚度的一阶微分表征车辆的非线性程度,设计了一种适用于不同车辆动态特性及路面条件的融合估计算法。Carsim/Simulink联合仿真结果表明,该融合估计算法在不同的车辆动态特性和不同路面条件下具有良好的估计精度和实时性,对传感器信号的噪声、误差鲁棒性强。     

基于观测器的汽车侧向动力学控制

文章研究带有不可测侧偏角和侧偏刚度系数不确定性的汽车侧向动力学控制问题.引入T-S模糊隶属度函数描述非线性的前后轮侧向力.考虑到侧偏角传感器的昂贵价格,而利用观测器对侧偏角进行在线估计,则大大减少了成本.基于Lyapunov稳定理论,以线性矩阵不等式形式给出控制器存在的充分条件.在带有非线性车轮侧向力、道路附着系数变化等干扰的情况下,该控制器能够提高汽车的稳定性.最后通过一个数值例子说明所提方法的有效性.     

分布式独立转向车辆的转角分配方法

针对分布式独立转向系统存在的转角分配问题,阐述了分布式转向的系统结构和工作原理,并基于阿克曼转向定理,同时考虑前轮轮胎侧偏,推导出适合前轮独立转向(2WIS)和四轮独立转向(4WIS)的转角分配算法,研究了该算法对车辆轮胎磨损情况和行驶稳定性的优化效果;利用线性二自由度汽车模型,得出轮胎侧偏角与车速、横摆角速度及车轮转角之间的关系,并利用得出的轮胎侧偏角对阿克曼转向定理进行修正,得出各车轮的转角分配关系;最后,通过Carsim-Simulink联合仿真来验证该转角分配方法的正确性,通过评价轮胎侧向力的优化情况来确定轮胎磨损的改善状况,通过质心侧偏角来评价车辆的行驶稳定性.仿真结果表明,所提出的转角分配方法对于改善轮胎磨损情况和提高车辆行驶稳定性具有很好的效果.     

考虑多性能约束的车辆主动前轮转向静态输出反馈控制

为使车辆能精确地跟踪理想横摆角速度,从而提高车辆路径跟踪能力,提出考虑多性能约束的主动前轮转向静态输出反馈(SOF)控制方法.由于行驶中车辆轮胎的侧偏刚度是一强非线性参数,所以将侧偏刚度作为模型的不确定性参数.基于饱和线性轮胎模型,建立二自由度车辆动力学多胞型模型来对参数不确定性进行处理.针对该类不确定性系统,考虑具有...     

由稳态转向特性试验估算轮胎侧偏刚度

侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要参数,轮胎应具有足够的侧偏刚度以保证汽车具有良好的操纵稳定性.文章探讨了在没有轮胎侧偏特性试验台的条件下,如何根据稳态转向特性试验结果估算小侧偏角下的侧偏刚度,并以安凯牌HFF6120K01型客车为例,求得轮胎的侧偏刚度.     

多轴轮毂电机驱动车辆的转向阻力特性

为研究多轴电动车辆的转向阻力特性,在考虑了轮胎负荷变化对轮胎侧偏刚度影响的基础上,建立了车辆3自由度动力学模型;提出了一种稳态转向工况下的转向阻力计算方法,推导了轮胎侧偏角和转向阻力矩的理论计算式.基于该模型,分析了转向阻力矩与转向输入量和车速的关系及理论约束边界,比较了在相同质量与等效履带接地长度条件下轮胎式与履带式车辆的转向阻力矩,讨论了轮胎侧偏角对轮胎力分配的影响,并通过ADAMS软件对计算结果进行了验证.结果表明,相同参数条件下,多轮驱动车辆的转向阻力矩大于履带式车辆的阻力矩,计算模型可为转向控制策略提供理论参考.     

极限工况下自动驾驶车辆转向控制器的设计

为提高极限工况下自动驾驶车辆的路径跟踪精度并维持车辆行驶稳定性,设计了一种基于线性模型预测控制的路径跟踪转向控制器.该控制器以速度矢量方向角偏差作为控制参考量,在计算过程中以理想质心侧偏角代替实际质心侧偏角,以提高跟踪精度;采用前轮侧向力为控制输入量,并应用仿射近似方法对后轮侧向力进行线性化处理,以减小计算负担.CarSim与Matlab/Simulink的联合仿真结果表明,该控制器能够在轮胎处于附着极限的情况下维持车辆稳定行驶,且跟踪精度较传统控制器有明显的提高.     

利用模态参数模型研究轮胎稳态侧偏特性

轮胎稳态侧偏特性模型是轮胎力学模型的一个重要组成部分。在静垂直模型基础上利用轮胎的侧向模态参数建立了轮胎稳态侧偏特性模型。对轮胎进行侧向激振试验得到轮胎的侧向模态参数,依据轮胎侧偏时印迹的几何变形及模态参数建模的思想,得到了侧向力分布。并由此推导出侧向力、回正力矩及侧偏刚度和松驰长度的计算表达式。计算在不同摩擦因数下的侧向力和回正力矩,结果与文献中的试验结果定性符合。而将结果转化为量纲为１的形式后与Ｆｉ－ａｌａ和桥石模型比较,结果表明两者拟合较好。     

基于遗传粒子滤波的轮毂驱动电动汽车质心侧偏角估计方法

质心侧偏角估计是汽车稳定性控制系统中的关键技术.为了解决现有估计方法对轮毂驱动电动汽车信息利用不充分、估计精度低的问题,提出一种基于遗传粒子滤波(GPF)的轮毂驱动电动汽车质心侧偏角估计方法.利用魔术轮胎公式,融合轮毂驱动电动汽车车轮上驱动与制动力矩信息,建立非线性车辆动力学模型,实现轮胎纵向力与侧向力计算,完成质心侧偏角估计器的搭建.针对车辆动力学模型的强非线性及传统粒子滤波算法粒子退化、计算量大的问题,设计适用于强非线性系统并且能够有效抑制退化、减小计算量的遗传粒子滤波算法对质心侧偏角进行估计.仿真结果表明:所提出的估计方法能够提高质心侧偏角的估计精度和鲁棒性.     

基于相平面法的车辆直接横摆力矩控制研究

文章采用相平面法对包含非线性轮胎特征的车辆模型进行操纵稳定性研究。通过对车辆的状态变量构成的质心侧偏角-横摆角速度和质心侧偏角-质心侧偏角速度2种相平面进行分析,划分了车辆相平面的稳定性区域和非稳定性区域,并建立了稳定边界模型;在非稳定域内,利用车辆的失稳度表征车辆实时偏离稳定状态的程度,并基于失稳度设计了模糊神经网络-PID联合控制算法对车辆的操纵稳定性进行控制。仿真实验结果表明该文设计的控制策略能够有效提高车辆的操纵稳定性能。     

质心侧偏角相图在车辆ESC系统稳定性控制的应用

通过车辆七自由度模型和Uni-tire轮胎模型,对车辆质心侧偏角相图稳定区域边界进行研究,得到边界随车速及路面摩擦因数变化的关系. 建立了基于质心侧偏角相图稳定区域的车辆电子稳定性控制系统控制方法. 通过与基于理想横摆角速度的控制方法进行比较,文中确定的质心侧偏角稳定区域边界能够对车辆稳定性控制效果进行评价,也能够对车辆轨迹进行跟随.      

基于模糊技术的汽车ESP系统综合反馈控制

对汽车ESP(Electronic Stability Program)系统控制方法进行了分析,提出了以模糊控制技术为核心的横摆角速度和质心侧偏角综合反馈控制方法.考虑了轮胎的非线性特性对汽车转向特性与行驶稳定性的重要影响,考虑非线性轮胎模型(魔术公式),建立了二自由度四轮汽车模型及汽车参考模型.运用模糊控制原理,设计了模糊控制器,并基于Simulink进行了控制仿真.仿真结果表明:这种控制方法可以很好地控制汽车的横摆角速度和质心侧偏角,提高汽车的侧向稳定性.     

转向紧急避撞轨迹规划与模型预测跟踪控制

为了实现安全地转向紧急避撞,提出了一种限制侧向加速度的多项式轨迹规划方法。在确定规划起始和结束时间运动状态参数时,导出规划轨迹时间段内侧向加速度的表达式。为了提高转向避撞的车辆稳定性,设置一个侧向加速度峰值的限值,根据该限值下的加速度峰值方程式确定各种车速下的轨迹纵向末位置。其次,为在转向避撞时准确跟踪规划轨迹,采用多约束模型预测控制(MMPC)进行避撞轨迹跟踪。基于3自由度车辆动力学方程建立预测模型,同时考虑轮胎侧偏角、前轮转角及其增量作为稳定性约束。最后,进行3种车速下的Carsim/Simulink软件联合仿真,并与单约束模型预测控制(SMPC)进行对比。研究结果表明:MMPC最大横向跟踪误差不超过0.23 m,前轮转角无突变。车辆侧向加速度及轮胎侧偏角均在约束范围内,较好地实现了转向紧急避撞。与MMPC相比较,SMPC在80 km/h时轮胎侧偏角超过线性范围,车辆发生了侧滑。     

采用双天线GPS/INS系统的汽车侧偏角和轮胎侧偏刚度估测法

介绍了测姿原理,分析了采用单天线GPS/INS组合测量方式的运动学卡尔曼滤波器在车辆侧倾和传感器发生漂移时存在的加速度偏差测量的延时问题,提出了直接测量车辆侧倾角和传感器漂移的双天线GPS/INS测量方法,并利用该测量方法对车辆和轮胎的侧偏角以及轮胎的侧偏刚度进行了估测.测试结果表明:采用双天线GPS方法测量的侧偏角和...     

计及侧偏特性的转向系统分析和优化

通过对轮胎侧偏理论和轮胎受力的研究,分析了在转向过程中的载荷重新分配情况对轮胎侧偏特性的影响和侧偏角对车辆转向特性的影响,在用阿克曼理论设计时应该考虑前后桥侧偏特性的影响.针对国产220 t电动轮自卸车转向系统进行了优化,解决了该车转向性能设计和实际不一致,并且最小转弯半径减小了0.67 m.     

车辆横摆转动惯量及轮胎侧偏刚度识别方法的研究

车辆参数辨识在汽车正逆向开发及控制器设计等方面是必要前提与技术难点.目前参数的获取主要有两种方法:通过仪器测量的方法和系统辨识技术.研究了一种能够识别横摆转动惯量及轮胎侧偏刚度的实验辨识方法.该方法通过汽车转向盘转角脉冲输入获得的实验数据,首先采用时域法辨识车辆横摆角速度对转向盘转角和侧向加速度对转向盘转角的传递函数,再通过非线性最小二乘法拟合传递函数中包含的横摆转动惯量和前后轮胎侧偏刚度,使所得频响特性和辨识所得频响特性误差最小,最后通过仿真验证该方法的理论可行性.所提的实验辨识获得横摆角速度和轮胎侧偏刚度参数的优点是无需特制或购买专用测量设备,尤其在实验条件受限情况下,更具有重要的工程实际意义.     

基于复合滑移轮胎模型的车辆横纵协同优化控制

极限工况下,车辆纵向侧向运动存在严重的耦合,传统的纵向或侧向主动安全控制技术难以保证车辆的操纵性能。基于复合滑移LuGre轮胎模型,提出了一种车辆横纵耦合协同优化控制器。建立了车辆侧向动力学模型,它能够反映出轮胎滑移率和侧偏角耦合特性对汽车侧向力的影响。然后,在预测控制框架下,设计车辆横纵耦合协同优化控制器,跟踪期望的横摆角速度和侧向速度,抑制滑移率,保证低附着路面下的车辆操纵稳定性。通过CarSim和MATLAB/Simulink的联合仿真,与基于纯侧偏轮胎模型的控制器控制性能进行对比,结果表明:所提出的控制器能够通过更少的输出扭矩更好地跟踪期望横摆角速度,抑制侧向速度,降低滑移率。